基于分层约束强化学习的综合能源多微网系统优化调度

构建多微网系统是消纳可再生能源、提升电网稳定性的有效方式。通过各微网的协调调度,可有效提升微网的运行效益以及可再生能源的消纳水平。现有多微网优化问题场景多元,变量众多,再加上源荷不确定性及多微网主体的数据隐私保护等问题,为模型的高效求解带来了巨大挑战。为此,该文提出了一种分层约束强化学习优化方法。首先,构建了多微网分层强化学习优化框架,上层由智能体给出各微网储能优化策略和微网间功率交互策略;下层各微网以上层策略为约束,基于自身状态信息采用数学规划法对各微网内部的分布式电源出力进行自治优化。通过分层架构,减小通信压力,保护微网内部数据隐私,充分发挥强化学习对源荷不确定性的自适应能力,大幅提升了模型求解速度,并有效兼顾了数学规划法的求解精度。此外,将拉格朗日乘子法与传统强化学习方法相结合,提出一种约束强化学习求解方法,有效地解决了传统强化学习方法难以处理的约束越限问题。最后通过算例验证了该方法的有效性和优势。

基于强化学习的电-气-热多微网系统定价策略

随着能源交易的逐步市场化,含电-气-热的多微网系统中微网服务商的零售价定价策略将影响到系统的运行和所有参与者的利益。为研究微网服务商的定价策略,首先详细描述了电-气-热多微网系统内部交易过程并建立了系统模型。随后这一定价问题被描述为斯塔克尔伯格博弈,并证明了该博弈存在唯一的均衡解。为保护各主体隐私,提出了一种基于强化学习的求解方法以求解存在时间耦合的斯塔克尔伯格博弈。算例研究表明,该方法准确有效地解决了所提出的定价策略问题,微网服务商和各微网均采取了有效策略以保证自身利益。同时,该方法有效保护了市场参与者的隐私并展现了良好的计算性能。

多站融合交直流微网系统分析

为解决供电服务质量较低的问题,本文在变电站改造项目建设中应用“多站融合”理念,使能源站、数据中心、变电站、换电站等融入系统中,构建交直流微网系统,负责多个微网站点之间的数据交互、能源交换,为用户提供清洁高效的能源。研究结果表明,交直流微网系统是能源用电负荷的纽带,具备保护、协调控制等功能,较传统能源协调系统而言,具备明显的优势。

含可再生能源的多微网系统负荷频率控制策略

为解决多微网之间频率控制问题,考虑多级能源参与调控的特点,提出了含可再生能源的多微网系统负荷频率控制策略。分析了多微网系统的运行特点,建立了光伏、生物质能发电、柴油发电机、储能系统、风电的频率模型,并阐述了多微网系统联络线功率偏差控制原理。分析了多微网频率控制策略,提出基于模糊逻辑的PIDN控制方法,利用改进正余弦优化算法对控制模型进行求解。在仿真系统中进行了算例分析,对比传统PID控制验证了文章所提方法的有效性。

基于供需博弈的园区综合能源微网系统优化

为了提高综合能源系统性能,采用DeST软件对某办公园区(包含居住建筑、办公建筑、商业建筑)的冷热电负荷进行全年逐时动态模拟分析,并建立了3种综合能源系统的数学模型。提出了基于经济-环境效益的评价指标,并基于供需博弈对综合能源微网系统进行了配置优化,确定了不同的成本价格参数对优选方案的影响。环境效益评估结果表明:燃气轮机+光伏+风电系统的综合效益最佳,净现值成本较燃气轮机+光伏、燃气轮机+风电分别降低9.93%和3.24%;同时,该系统的二氧化碳排放量最低,碳排放量较传统分产系统降低约60%。该研究结果可为综合能源微网系统容量配置及运行优化提供参考。

考虑动态氢价机制的综合能源多微网系统分布式优化调度

分属于不同主体的综合能源多微网群互补协调运行被认为是不同能量间梯级利用、深度耦合的有效手段,对于新能源的消纳及双碳目标的实现具有重要意义。首先,考虑到氢能的空间运输及需求侧碳减排,建立了计及气网掺氢的综合能源多微网系统调度模型,进一步加强不同能量间的耦合关系。其次,提出了基于电负荷时间分布及新能源消纳水平的动态氢价机制,引导氢燃料电池汽车进行有序充能,电力需求得到平抑的同时,用户也将更多地在弃能电量高的时段进行充能。然后,对综合能源多微网模型解耦,通过含自适应步长环节的正则化交替方向乘子算法对系统进行分布式求解获取全局最优运行策略。最后,算例分析结果表明,所提调度策略能够在各区域自治的前提下,提高可再生能源的消纳量81.48%,减少碳排放量35.21%,降低氢燃料电池汽车用户的充能成本1.58%。

基于电-气互联的微网系统多目标优化研究

为有效解决传统微网系统运行存在的能源浪费和环境污染等问题,首先,提出电-气互联的微网系统多能源耦合架构;其次,以系统经济运行和环保运行两方面作为评价指标,采用层次分析法确定其权重,并建立微网系统“源-网-荷-储”能量枢纽运行优化模型;最后,根据某典型日负荷需求数据进行算例分析,通过分别与传统微网系统、不同目标及不同电价下的系统进行对比分析,验证了本系统模型能够节约成本,且具有一定的优越性。

独立风光柴储微网系统容量优化配置

独立微网系统通过内部各个电源对本地区负荷进行供电,其主要目标是最大限度地增强发电功率与负荷之间的匹配性。为保证供电可靠性同时提高整个微网系统的经济性,需根据现有的天气和资源条件对系统的容量配置进行优化设计,选取最优的电源容量组合。为此,建立了独立风光柴储微网系统中各个电源的数学模型,以及包含投资成本和不同费用的经济性模型。根据系统的调度策略和约束条件,将不同电源的个数作为变量,以综合成本费用最小为优化目标,利用遗传算法求解系统中各个电源的最优容量配置。算例结果验证了模型和算法的合理性。

独立微网系统的多目标优化规划设计方法

该文围绕包含柴油发电机、风力发电、光伏发电和铅酸蓄电池的独立微网系统中的容量配置问题,提出了包含微网全寿命周期内的总成本现值、负荷容量缺失率和污染物排放的多目标优化设计模型。该优化模型在控制策略上,考虑了多台柴油发电机的组合开机方式、储能电池与柴油发电机之间协调控制策略,以及系统备用容量等问题。在优化变量上,选取设备类型和装机容量同时进行设计。最后利用自主开发的微网优化设计工具,针对某独立海岛微网系统开展了不同目标组合、不同控制策略下的分布式发电单元和储能电池的优化配置方案研究。

考虑多产消者差异化特征的社区微网系统P2P交易机制设计

随着分布式能源的大量接入和电力系统运行方式的逐渐转变,社区微网系统(community microgrid system,CMS)中用户已经从传统的消费者转变为具有电能生产/消费行为的产消者。在此背景下,通过引入点对点(peer to peer,P2P)能源交易机制,实现社区微网系统中的产消者自主能量管理以及自主竞价策略最终达成P2P能量交易。首先,考虑产消者的差异化特征,对CMS内部资源自主形成的4种典型类型的产消者进行整合和建模。然后,基于连续双边拍卖机制搭建了日前阶段多类型产消者P2P能量交易框架,各产消者考虑历史交易决策信息以个体利益最大为目标,并通过交互有限的信息,在产消者之间互相发起交易请求,实现CMS内产消者之间P2P能量交易。针对在交易过程中产消者可能出现的隐私性保护,提出基于多段报价机制的P2P竞价策略,既能降低交易方的信息暴露风险,又能减少单次竞价决策的风险度,保证产消者收益稳定。最后,通过算例验证文中设计的P2P交易机制能够有效保护产消者的交易隐私性的同时,提高其经济效益。

风柴储生物质独立微网系统的优化控制

生物质资源是广泛存在且可存储的绿色可再生能源,但生物质发电技术在偏远地区的独立微网系统中应用较少。该文围绕风柴储生物质独立微网系统,基于各分布式电源运行特性,提出一种包含正常运行时的经济运行调度和大扰动时的紧急功率控制的双模式优化控制方案。柴油发电机组运行于发电效率较高的基点运行功率附近,吸收净负荷的瞬时波动,并提供系统运行备用容量;生物质发电系统视净负荷的波动出力,和风电实现有效的合作发电,提高可再生能源渗透率;提出一种新的电池储能系统控制方法,优先紧急功率控制,削峰填谷次之,减小储能容量配置需求,优化运行工况。针对某偏远社区的独立微网系统,从基于准稳态的系统运行经济性和典型运行场景下的暂态稳定性两个层面进行仿真研究,结果验证了方法的有效性。

城市园区微网系统端对端能量交易技术研究现状与展望

随着分布式能源(distributed energy resources,DERs)以及需求侧柔性资源的广泛应用,城市园区微网系统(urban community microgrid system,UCMS)的架构、形态和运行方式将发生根本性改变,终端用户在微网中的身份将从传统的消费者转变为兼具能量生产与消费能力的产消者。通过建立端对端(peer-to-peer,P2P)能量交易机制,各个产消者之间可以在市场的引导下实现能量资源的协调优化,有效提升经济效益、供需平衡以及可再生能源就地消纳等UCMS全局效用。为此,分别从交易机制、运营策略以及建模分析3个角度,对城市园区微网系统P2P能量交易技术的研究现状进行了分析,希望能够对未来UCMS市场化运营提供一定的思考和借鉴。

光储微网系统并网/孤岛运行控制策略

首先介绍了储能变流器在光储微网系统不同运行模式下的控制策略。在并网运行模式下,针对光储微网系统中公共连接点(point of common coupling,PCC)处的电压会受到负载变化和光伏出力波动的影响,提出一种基于储能的电压管理控制策略。该控制策略可通过储能变流器的PQ控制,来维持PCC点母线电压在额定电压?10%的范围内波动,从而满足负载对电压质量的需求。当配电网发生故障或储能出力已达功率限值仍不能维持PCC点母线电压在允许范围内时,光储微网切换为孤岛运行模式,此时储能系统采用V/f控制来保证微网系统电压和频率的稳定,并联合光伏系统共同为负载供电。建立光储微网系统的仿真模型,给出变流器的控制策略以及PCC点母线电压的控制流程,仿真结果验证了提出控制策略的有效性。

考虑电能交互的冷热电多微网系统日前优化经济调度

多个冷热电联供型微网接入同一区域配电网,形成以配电网为核心的冷热电联供型多微网系统。当冷热电联供型多微网间通过联络线进行电能交互时,给传统的多微网系统优化调度问题带来了挑战。在分析典型冷热电联供型微网供能结构的基础上,研究供用储设备间的冷热电能流动关系和设备的数学模型,建立考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统优化经济调度模型。通过天津中新生态城算例,分析各个冷热电联供型微网中设备出力和冷热电负荷平衡情况,与多微网间不存在电能交互时的优化调度进行经济成本、CO_2排放量和各微网与电网交易电功率值的比较,与传统冷热电联供系统"以热定电"和"以电定热"运行方式下多微网系统的总运行成本进行对比,验证所提模型的经济性、环保性和有效性,并对微网间交易电价的制定做进一步研究。

光柴储微网系统的储能动态能量调度策略研究

针对光柴储微网中负荷突变和光伏微源输出功率随机波动引起的系统频率波动问题,给出一种基于频率偏差的储能动态能量调度策略。根据柴油发电机频率偏差的产生机理,结合微网系统电能质量和稳定运行要求,提出三段式PD先行的储能动态调度策略,克服了基于比例-微分(PD)储能动态调度策略的不足。将该储能动态策略应用于实际的微网实验平台中,并对两种情况进行实验分析比较,以验证其对频率波动的抑制作用。实验结果表明,该改进策略确能在一定程度上改善由负荷突变和光伏波动造成的系统频率波动问题,为提高微网系统供电质量和稳定性提供了一种可行性方案。

基于改进雷达图模型的热电联供型微网系统多目标优化配置

针对热电联供型微网系统的容量配置问题,提出了一种基于改进雷达图模型的多目标优化配置方法。首先,提出含有光伏光热(PV/T)单元、变流器、储电单元、热泵、电锅炉、储热单元及电、热负荷的微网结构,并选取了5个优化目标,用于全面表征热电联供型微网系统的供电可靠性、供热可靠性、经济性和可再生能源利用情况。其次,建立了多目标的改进雷达图模型,并基于扇形面积和周长构造了适应度函数。然后,为保证微网系统的电、热稳定供应,给出了约束条件,从而建立了以最大化适应度函数为目标的优化配置模型,并通过优化执行过程,求解得到综合性能最优的微网系统容量配置结果。最后,根据青海省偏远地区的案例分析,验证了提出的多目标优化配置方法的有效性。

独立微网系统优化规划设计方法综述

为提高独立微网系统的供电可靠性,可再生能源利用率,减少投资运行成本,介绍了独立微网系统的特点和优化规划的设计方法。指出独立微网系统优化规划设计中需要考虑的问题,包括独特的运行控制目标、灵活多变的分布式发电组合方案和运行策略以及不同用户对供电可靠性指标的要求等。重点讨论了独立微网系统的运行控制和高级能量管理策略、优化规划数学模型和求解方法、可靠性评估方法和改进措施等,并归纳了研究中的局限性。最后提出了独立微网系统优化规划设计研究中亟需解决的问题。

高可再生能源渗透率下的区域多微网系统优化规划方法

高可再生能源渗透率下区域内多个微网之间存在相互支援的可能性,故将微网互联构成区域多微网系统,并通过优化配置区域多微网系统中各微网的分布式电源和储能,将有可能提升微网的经济性。为此,提出了一种高可再生能源渗透率下的区域多微网系统优化规划方法,以区域多微网系统年化综合收益最大化为目标,同时考虑了可再生能源渗透率的要求和各微网之间的相互功率支援,采用免疫遗传算法对各微网内的分布式电源和储能进行优化配置。以IEEE 33节点系统为例,得到了在多种高可再生能源渗透率下的区域多微网系统及各微网的年化综合收益;与未组成区域多微网系统的情形相比较,证实了组成区域多微网系统能提升微网经济性;与微网内只有单一类型的分布式电源情形相比较,证实了合理配置各类分布式电源能提升微网经济性。

具有快速并网功能的微网系统控制策略

为提高微网系统的性能,本文在已有的微网系统控制策略基础上,针对以下两点对其进行优化:一是微网用分布式电源输出功率限幅功能,用以抑制多台微网用分布式电源并联运行时,由于下垂特性不同而导致的微网用分布式电源过载或功率反向注入问题;二是微网系统离网状态向并网状态切换时,在微网系统二次调频控制的基础上添加频率扰动策略,用以缩短微网系统的频率调节时间,实现微网系统与电网的快速同步.本文对所提出的这一控制策略进行了分析,并利用4台容量为25 kVA的微网用分布式电源变流器和1台90 kVA可调模拟负荷组成微网系统实验电路,通过微网系统并网/离网无缝切换实验验证了这一控制策略的可行性.

多微网系统的安全能量路由机制

随着分布式能源在配电网中所占比重的增高,包含多个分布式发电单元的多微网系统(multi-microgrid system,MMS)受到人们的广泛关注。为降低铺设、布线和维护成本,MMS倾向于采用无线通信技术来实现其运行、控制及保护等关键功能,而这必然加大信息传输的风险,但目前对MMS的研究主要围绕物理控制防护展开。为此结合密码学技术,对MMS的安全能量路由机制进行了深入研究。首先分析了MMS面临的信息安全问题,指出其在完整性、可用性和机密性方面的安全风险。然后基于Io Ius框架和逻辑密钥层次结构,分别从微网和大电网发出能量请求两方面设计了其安全能量路由机制。最后针对能量路由机制的密钥管理问题,设计了相应的密钥管理方案。方案分析结果表明了所提机制的可行性。